меню
Программное обеспечение для моделирования
Программное обеспечение для моделирования основано на процессе моделирования реального явления с помощью набора математических формул. Это, по сути, программа, которая позволяет пользователю наблюдать за операцией с помощью моделирования, фактически не выполняя эту операцию. Оно широко используется для проектирования оборудования таким образом, чтобы конечный продукт был максимально приближен к проектным характеристикам без дорогостоящих технологических модификаций.
ПО для моделирования часто используется в играх, но оно также имеет важные промышленные приложения. В тех случаях, когда неправильная эксплуатация техники является дорогостоящей, например, в случае самолетов, атомных электростанций или химических заводов, макет реальной панели управления подключается к моделированию физической реакции в реальном времени, что дает ценный опыт обучения в безопасных условиях.

Современные компьютерные программы могут моделировать поведение энергосистем, погодные условия, электронные схемы, химические реакции, мехатронику, тепловые насосы, системы управления с обратной связью, ядерные реакции и даже сложные биологические процессы.

В теории любые явления, которые могут быть сведены к математическим данным и уравнениям, могут быть смоделированы на компьютере. Моделирование может быть сложным, потому что большинство природных явлений подвержены почти бесконечному числу влияний. Одним из способов разработки полезных моделей является определение наиболее важных факторов, влияющих на достижение целей моделирования. Кроме имитации процессов, моделирование также используется для проверки новых теорий. Создав теорию причинно-следственных связей, теоретик может кодифицировать эти связи в виде компьютерной программы. Если программа затем ведет себя так же, как и реальный процесс, есть хороший шанс, что предлагаемые отношения верны.
Mathcad

Mathcad - программное средство для выполнения на компьютере математических расчетов, имеющее простой в работе и освоении графический интерфейс. Инструментарий приложения позволяет работать с формулами, текстами, графиками, числами. Mathcad имеет большое количество логических функций, а также операторов, позволяющих проводить вычисления как численно, так и символьно операции с векторными, скалярными величинами, матрицами. Также имеется возможность перевода единиц измерения.


Mathcad имеет широкие возможности: решение дифференциальных уравнений, построение графиков, использование греческого алфавита, символьные операции, работа с векторами и матрицами, аппроксимация, поиск корней функций и многочленов, работа с единицами измерения.


В качестве достоинства программы можно отметить автоматизацию процесса вычисления, удобный интерфейс программы, интеграцию численных и символьных математических инструментов, поддержку работы с единицами измерения физических величин.


Для решения каких-либо специализированных задач возможности программ могут расширяться пакетами, имеющими дополнительные функции и константы:


  • пакет для анализа данных

  • пакет для обработки сигналов

  • пакет для изображений и различных визуальных составляющих, и многое другое

MathCad позволяет работать с данными программ Microsoft Excel, MatLab, ANSYS Workbench.
Результаты всех вычислений сохраняются в рабочих листах с возможностью преобразования в ряд форматов, включая MS Word, XML, PDF и HTML.


Приложение имеет широкое применение при решении инженерных задач, создании интерактивных документов для обучения, визуализации вычислений.


К недостаткам ПО относятся: невозможность построения параметрически заданных поверхностей с непрямоугольной областью определения параметров, отсутствие библиотек для визуального моделирования, отсутствие автоматического переноса длинных уравнений.

Octave

Octave был задуман в 1988 году как программное обеспечение для изучения химической конструкции реактора и представляет собой интерактивный командный интерфейс.


ПО поддерживает работу со всеми основными ОС, данные в которых представляются в виде матриц.


Octave включает в себя функции для дифференцирования, интегрирования, а также численного и аналитического решения нелинейных систем и уравнений. Приложение позволяет решать разнообразные задачи при помощи инструментов оптимизации, анализа и обработки данных эксперимента, идентификации, и т.д.


К недостаткам данного ПО для его применения в моделировании систем автоматического управления (САУ) можно отнести отсутствие библиотек для визуализации модели, а также только численное решение математических задач, что не всегда дает необходимую точность.

Matlab

Система Matlab предназначена для выполнения инженерных и научных расчетов и высококачественной визуализации получаемых результатов. Эта система применяется в математике, вычислительном эксперименте, имитационном моделировании.


Язык Matlab - высокоуровневый интерпретируемый язык программирования, включающий матричные структуры данных, интегрированную среду разработки, обширный спектр возможностей, объектно-ориентированные функции и интерфейсы к программам, которые созданы при помощи других языков программирования.


В пакет входит множество хорошо проверенных численных методов (решателей), операторы графического представления результатов, средства создания диалогов. Отличительной особенностью Matlab по сравнению с обычными языками программирования является матричное представление данных и большие возможности матричных операций над данными. Используя пакет Matlab можно как из кубиков построить довольно сложную математическую модель, или написать свою программу (весьма похожую на Фортран-программу). А можно используя SIMULINK и технологию визуального моделирования составить имитационную модель или систему автоматического регулирования.


Сегодня Matlab используется во множестве областей, среди которых обработка сигналов и изображений, проектирование систем управления, финансовые расчеты и медицинские исследования. Его открытая архитектура делает возможным использование Matlab и сопутствующих продуктов для исследования данных и создания собственных инструментов, использующих функциональные возможности Matlab.


Для проектирования систем управления, цифровой обработки сигналов, коммуникационных систем широко используется Simulink, позволяющий моделировать динамические системы, оценивать их работу, модифицировать проект с помощью графических блок-диаграмм. Simulink - это интерактивная среда для моделирования и анализа широкого класса динамических систем.

STATISTICA

Во многих естественнонаучных областях статистические методы были и остаются важной составной частью процедуры обработки результатов измерений. Это касается практически всех отраслей знания: физики, химии, биологии, геологии, метеорологии и многих других. Современные программы для статистической обработки данных позволяют применять сложные современные методы анализа даже в тех областях, где ранее такие исследования были чрезвычайно трудоемкими и, следовательно, проводились достаточно редко.


Некоторые примеры применения системы STATISTICA для обработки экспериментальных данных можно найти в научных работах, опубликованных в Интернете.


Методы математической статистики изучают не только студенты естественнонаучных специальностей, но и экономисты, инженеры психологи, социологи и многие другие специалисты. Поэтому курс мат. статистики входит в программу большинства высших учебных заведений, а неотъемлемой его частью становится освоение соответствующего программного обеспечения. Опыт работы многих преподавателей вузов показал, что система STATISTICA может служить не только эффективным инструментом для научных исследований, но и чрезвычайно удобной средой для обучения методам статистического анализа.


Система STATISTICA активно используется в учебном процессе в вузах. Примеры программ курса статистики можно найти в Интернете на web-страницах соответствующих учебных заведений.


Продукты фирмы StatSoft:


  • STATISTICA 5.5 - Мощный пакет статистического и графического анализа данных.

  • Quick STATISTICA - Базовый набор наиболее часто используемых статистических методов + все графические возможности системы STATISTICA + языки программирования.

  • Power analysis - Приложение для анализа необходимых условий получения надежных статистических результатов.

  • Neural Networks - Универсальная программа для проведения нейросетевого анализа.

  • Student Edition of STATISTICA - Краткая версия STATISTICA для студентов.